آشنایی با انکودر اپتیکال
انکودر اپتیکال (Optical Encoder) دستگاهی است که در کنترل سیستمهای صنعتی به کار میرود. در این دستگاه با تبدیل حرکات مکانیکی به سیگنالهای الکتریکی مواردی مانند موقعیت، سرعت و جهت حرکت اندازهگیری میشوند. در ساخت انکودر اپتیکال از دیسکی شفاف استفاده شده که روی آن الگوهایی مات و شفاف قرار دارد. وقتی دیسک شفاف میچرخد، یک سنسور نوری این چرخش را دریافت کرده و بعد، آنها را تبدیل به سیگنالهای الکتریکی میکند. از ویژگیهای مثبت انکودر اپتیکال میتوان به دقیق بودن و کاربرد بالا در صنایع خودروسازی، ماشینآلات صنعتی و رباتیک اشاره کرد.
انواع انکودر اپتیکال
به دلیل اینکه نقش انکودر در قسمتهای مختلف یک کارخانه مانند کنترل موقعیت و مدیریت خط تولید اهمیت بالایی دارد، در انتخاب نوع مناسب آن باید توجه ویژهای کرد. به طور کلی انواع انکودرهای اپتیکال به دو دسته مطلق و افزایشی تقسیم میشوند.
- انکودر اپتیکال مطلق (Absolute Encoder): این نوع از انکودرها در همه حالات، حتی وقتی دستگاه خاموش است، عملکردشان را حفظ میکنند. انکودر مطلق برای اطلاع موقعیت دقیق خود از کدهای باینری یا دیجیتال استفاده کرده و برای هر موقعیت یک کد مخصوص ایجاد میکند تا برای اپراتور کنترلگر بفرستد. بهعلت دقت بالای این نوع از انکودرها و حفظ عملکرد بعد از قطع جریان برق، از انکودر مطلق برای ساخت تجهیزات پزشکی، سیستمهای ناوبری و سایر ماشینآلات استفاده میشود.
- انکودر اپتیکال افزایشی (Incremental Encoder): انکودرهای افزایشی نوع دیگری از انکودر اپتیکال هستند که برای اندازهگیری موقعیت و سرعت حرکتهای دورانی مورد استفاده قرار میگیرند. در این انکودرها، موقعیت به صورت دقیق نمایش داده نمیشود؛ بلکه به ازای چند دور چرخش دستگاه، چند سری پالس الکتریکی به وجود میآید. هر پالس میتواند نشاندهنده نوع خاصی از حرکت چرخشی سیستم باشد. از انکودر اپتیکال افزایشی در دستگاههای مختلفی استفاده میشود که مهمترین آنها، آسانسور است.
احتمال خطا در انکودر مطلق کمتر است اما سیستم پیشرفتهتری که دارد، باعث شده تا علاوه بر پیچیدگی در نصب و تنظیم، هزینه گرانتری نسبت به انکودر افزایشی داشته باشد. انکورهای افزایشی ساختار سادهتری دارند و در اندازهگیری سرعت، دقیق هستند اما برای تعیین موقعیت در زمان قطع برق یا ایجاد اختلال در دستگاه نمیتوانند موقعیت دقیق را نشان دهند.
انکودر اپتیکال چه کاربردی دارد؟
انکودر اپتیکال یک ابزار پرکاربرد در صنعت بوده که از سال 1969 مورد استفاده قرار میگرفته است. در خط تولید کارخانهها انکودرها سرعت تولید محصولات را کنترل میکنند و اجازه نمیدهند که مقدار محصول تولید شده از مقدار معینی فراتر برود یا کمتر شود. برای این کار، دستگاه انکودر از تغییر متغیرهای الکتریکی مثل ولتاژ و جریان ماشینآلات استفاده میکند.
انکودرهای اپتیکال در صنایع مختلفی به کار میروند که مهمترین آنها عبارتند از:
- صنایع خودروسازی: در ساخت سیستم کنترل موتور و گیربکس ماشینها از انکودر اپتیکال استفاده میشود تا موقعیت و سرعت خودرو با دقت بالا اندازهگیری شود.
- تولید ماشینآلات صعنتی: در دستگاههای CNC و دستگاههای چاپ سه بعدی برای کنترل بهتر دستگاه، از انکودرهای اپیتکال استفاده میشود.
- صنایع رباتیک: یکی از کاربردهای مهم انکودرهای اپیتکال در ساخت رباتهای مختلف است. این دستگاه به ربات کمک میکند تا حرکات دقیقتر و منظمتری انجام دهد.
- دستگاههای پزشکی: دستگاههایی که در پزشکی کاربرد دارند، مانند ماشین MRI و CT Scan از انکودر اپتیکال برای کنترل عملکرد استفاده میکنند.
- صنایع هوافضا: در صنایع هوافضا و سیستمهای ناوبری، برای کنترل حرکت و اندازهگیری دقیق موقعیت، انکودر اپیتکال بهکار میرود.
نحوه کار انکودر اپتیکال چگونه است؟
در انکودرهای اپتیکال یک دیسک چرخان (با الگوی متناوب شفاف و مات) و یک سنسور نوری قرار دارد که هر کدام عملکرد خاص خودشان را دارند. سنسور نوری انکودر از یک منبع نور و یک آشکارساز ساخته شده که در دو طرف دیسک چرخان نصب میشود.
زمانی که دیسک شروع به چرخیدن میکند، منبع نور نیز روشن میشود و گذشتن پرتوهای نور از قسمتهای شفاف و مات دیسک بهصورت متناوب، تغییرات نوری را ایجاد میکند. این قطع و وصل شدن نور توسط سنسور تشخیص داده شده و بهصورت پالس الکتریکی درمیآید. هر چقدر تعداد پالسها در یک دور دیسک بیشتر باشد، رزولوشن انکودر نیز بیشتر خواهد بود. بعد از دریافت پالسهای الکتریکی و تفسیر آنها، موقعیت و سرعت حرکت دستگاه مشخص میشود.
مزایا و معایب انکودر اپتیکال
نصب انکودر اپتیکال در دستگاههای مختلف مزایای زیادی دارد که از آنها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- دقت و سرعت بالا: استفاده از نور در انکودرهای اپتیکال سبب شده تا تغییرات بهصورت لحظهای و دقیق گزارش شوند.
- عدم تماس مکانیکی: در انکودر اپتیکال تماس مکانیکی بین دیسک چرخان و سنسور نوری وجود ندارد؛ به همین دلیل اصطکاک و سایش بین آنها ایجاد نمیشود و احتمال خرابی آن هم کم است.
- مقاومت دربرابر نویز: در انکودر اپتیکال به دلیل استفاده از نور، مقاومت بیشتری نسبتبه نویزهای الکتریکی وجود دارد.
- قابل اطمینان: انکودرها دقت زیادی در اندازهگیری سرعت و موقعیت دارند و به همین دلیل در دستگاههای حساس میتوان از آنها استفاده کرد.
با این حال، استفاده از انکودر اپتیکال معایبی هم دارد. این دستگاهها نسبت به آلودگیها حساسیت زیادی دارند و نشستن گردوغبار یا هرگونه آلودگی دیگر میتواند باعث افت عملکرد آنها شود؛ همچنین وجود نور در محیط نیز میتواند باعث ایجاد پالسهای اشتباه در سنسور نوری شود و درنتیجه دقت دستگاه کاهش مییابد. هزینه نصب قطعات نوری و سیستم پیشرفته انکودر اپتیکال از انکودرهای مکانیکی بیشتر بوده و تنظیمشان هم باید با دقت بیشتری انجام شود. بعضی از انکودرها نیز با تغییر دمای محیط، ممکن است عملکردشان مختل شود.
سوالات متداول
- طرز کار انکودر اپتیکال چیست؟ عملکرد اصلی انکودر اپتیکال بااستفاده از نور است. زمانی که نور از قسمتهای مات و شفاف دیسک چرخان انکودر عبور میکند، تغییرات نوری بهصورت متناوب به سنسور میرسند و باعث ایجاد پالس الکتریکی میشوند. این پالسها موقعیت مکانی و میزان سرعت چرخش دستگاه را به اطلاع اپراتور میرسانند.
- قیمت انکودر اپتیکال چقدر است؟ عوامل زیادی مانند نوع انکودر و برند آن روی قیمت انکودر تاثیر میگذارند؛ به همین دلیل نمیتوانیم بهطور دقیق قیمت آن را تعیین کنیم.